INDICE Mecánica Capitulo 1. Unidades, Cantidades Físicas y Vectores Capitulo 2. Movimiento a lo largo de una Línea Recta

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1 INDICE Mecánica Capitulo 1. Unidades, Cantidades Físicas y Vectores Introducción La naturaleza de la física Modelos idealizados Estándares y unidades Coherencia y conversiones de unidades Incertidumbre y cifras significativas Estimaciones y órdenes de magnitud Vectores y suma de vectores Componentes de los vectores Vectores unitarios Productos de vectores 18 Resumen/Términos clave 23 Preguntas/Ejercicios/Problemas 24 Capitulo 2. Movimiento a lo largo de una Línea Recta Introducción Desplazamiento, tiempo y velocidad media Velocidad instantánea Aceleración media e instantánea Movimiento con aceleración constante Cuerpos en caída libre Velocidad y posición por integración 49 Resumen/Términos clave 51 Preguntas/Ejercicios/Problemas 52 Capitulo 3. Movimiento en dos o tres dimensiones Introducción Vectores de posición y velocidad El vector aceleración Movimiento de proyectiles Movimiento en un círculo Velocidad relativa 78 Resumen/Términos clave 82 Preguntas/Ejercicios/Problemas 84 Capitulo 4. Leyes de Newton del Movimiento Introducción Fuerza e interacciones Primera ley de Newton Segunda ley de Newton Masa y peso Tercera ley de Newton Empleo de las leyes de Newton Visualización de diagramas de cuerpos libres 113 Resumen/Términos clave 114 Preguntas/Ejercicios/Problemas 114 Capitulo 5. Aplicaciones de las leyes de Newton Introducción 120

2 5-2. Empleo de la primera ley de Newton: Partículas en equilibrio Empleo de la segunda ley de Newton: Dinámica de partículas Fuerzas de fricción Dinámica del movimiento circular 139 *5-6. Fuerzas fundamentos de la naturaleza Movimiento de un proyectil con resistencia del aire: Estudio de caso 146 con análisis por computador Resumen/Términos clave 149 Preguntas/Ejercicios/Problemas 149 Capitulo 6. Trabajo y Energía cinética Introducción Trabajo Trabajo y energía cinética Trabajo y energía con fuerzas variables Potencia Potencia automotriz: Estudio de caso de las relaciones energéticas 181 Resumen/Términos clave 184 Preguntas/Ejercicios/Problemas 185 Capitulo 7. Energía Potencial y Conservaciones de la Energía Introducción Energía potencial gravitatoria Energía potencial elástica Fuerzas conservativas y no conservativas Fuerza y energía potencial 213 Resumen/Términos clave 218 Preguntas/Ejercicios/Problemas 218 Capitulo 8. Cantidad de Movimiento, Impulso y Choques Introducción Cantidad de movimiento e impulso Conservación de la cantidad de movimiento Choques inelásticos Choques elásticos Centro de masa 246 *8-7. Propulsión a reacción El neutrino: Estudio de caso en la física moderna 253 Resumen/Términos clave 256 Preguntas/Ejercicios/Problemas 257 Capitulo 9. Rotación de Cuerpos Rígidos Introducción Velocidad y aceleración angulares Rotación con aceleración angular constante Relación entre cinemática lineal y angular Energía en el movimiento de rotación Teorema de los ejes paralelos 281 *9-7. Cálculos del momento de inercia 282 Resumen/Términos clave 285 Preguntas/Ejercicios/Problemas 286 Capitulo 10. Dinámica del Movimiento de Rotación 294

3 10-1. Introducción Momento de torsión Momento de torsión y aceleración angular de un cuerpo rígido Rotación de un cuerpo rígido sobre un eje móvil Trabajo y potencia en el movimiento de rotación Momento angular Conservación del momento angular Giróscopos y precesión 314 Resumen/Términos clave 317 Preguntas/Ejercicios/Problemas 318 Capitulo 11. Equilibrio y Elasticidad Introducción Condiciones del equilibrio Centro de gravedad Resolución de problemas de equilibrio de cuerpos rígidos Esfuerzos, tensión y módulos de elasticidad Esfuerzos y tensión de corte Esfuerzos y tensión de corte Elasticidad y plasticidad 344 Resumen/Términos clave 345 Preguntas/Ejercicios/Problemas 346 Capitulo 12. Gravitación Introducción Ley de la gravitación de Newton Peso Energía potencial gravitatoria Movimiento de satélites Movimiento de los planetas 370 *13.7. Distribuciones de masa esféricas 373 *13.8. Peso aparente y rotación terrestre Agujeros negros: Estudio de caso en la física moderna 379 Resumen/Términos clave 383 Preguntas/Ejercicios/Problemas 384 Capitulo 13. Movimientos Periódico Introducción Causas de la oscilación Movimiento armónico simple Energía en el movimiento armónico simple Aplicaciones del movimiento armónico simple El péndulo simple El péndulo físico Oscilaciones amortiguadas Oscilaciones forzadas, resonancia y caos 413 Resumen/Términos clave 416 Preguntas/Ejercicios/Problemas 418 Capitulo 14. Mecánica de Fluidos Introducción Densidad 427

4 14-3. Presión en un fluido Flotación Tensión superficial Flujo de un fluido Ecuación de Bernoulli Turbulencia 444 *14-9. Viscosidad 446 Resumen/Términos clave 448 Preguntas/Ejercicios/Problemas 449 Termodinámica Capitulo 15. Temperatura y Calor Introducción Temperatura y equilibrio térmico Termómetros y escalas de temperatura Termómetros de gas y la escala Kelvin Expansión térmica Cantidad de calor Calorimetría y cambios de fase Mecanismos de transferencia de calor Circuitos integrados: Estudio de caso sobre transferencia de calor 485 Resumen/Términos clave 487 Preguntas/Ejercicios/Problemas 489 Capitulo 16. Propiedades Térmicas de la Materia Introducción Ecuaciones de estado Propiedades moleculares de la materia Modelo cinético molecular de un gas ideal Capacidades caloríficas 513 *16-6. Velocidades moleculares Fases de la materia 520 Resumen/Términos clave 523 Preguntas/Ejercicios/Problemas 524 Capitulo 17. La Primera Ley de la Termodinámica Introducción Sistemas termodinámicos Trabajo realizado al cambiar el volumen Caminos entre los estados termodinámicos Energía interna y la primera ley de la termodinámica Clases de procesos termodinámicos Energía interna de un gas ideal Capacidad calorífica de un gas ideal Procesos adiabáticos para un gas ideal 549 Resumen/Términos clave 551 Preguntas/Ejercicios/Problemas 552 Capitulo 18. La Segunda Ley de la Termodinámica Introducción Dirección de los procesos termodinámica Máquinas de calor 560

5 18-4. Motores de combustión interna Refrigeradores LA segunda ley de la termodinámica El ciclo de Carnot 569 *18-8. La escala de temperatura Kelvin 574 *18-9. Entropía 574 * Interpretación microscopía de la entropía Recursos energéticos: Estudio de caso en Termodinámica 582 Resumen/Términos clave 585 Preguntas/Ejercicios/Problemas 586 Ondas /Acústica Capitulo 19. Ondas Mecánicas Introducción Tipos de ondas mecánicas Ondas periódicas Descripción matemática de una onda Velocidad de una onda transversal Velocidad de una onda longitudinal Ondas sonoras en gases Energía en el movimiento ondulatorio 610 Resumen/Términos clave 613 Preguntas/Ejercicios/Problemas 614 Capitulo 20. Interferencia de Ondas y Modos Normales Introducción Condiciones de frontera para una cuerda y el principio de 620 superposición Ondas estacionarias en una cuerda Modos normales de una cuerda Ondas estacionarias longitudinales y modos normales Interferencia de ondas Resonancia 637 Resumen/Términos clave 640 Preguntas/Ejercicios/Problemas 641 Capitulo 21. Sonido y el Oído Introducción Ondas sonoras Intensidad del sonido Pulsaciones El efecto Doppler 656 *21-6. Ondas de choque 661 Resumen/Términos clave 664 Preguntas/Ejercicios/Problemas 664 Electromagnetismo Capitulo 22. Carga Eléctrica y Campo Eléctrico Introducción Carga eléctrica Carga eléctrica y la estructura de la materia Conductores, aislantes y cargas inducidas 672

6 22-5. Ley de Coulomb Campo eléctrico y fuerzas eléctricas Cálculos del campo eléctrico Líneas del campo eléctrico Dipolos eléctricos 690 Resumen/Términos clave 694 Preguntas/Ejercicios/Problemas 695 Capitulo 23. Ley de Gauss Introducción Carga y flujo eléctrico Cálculo del flujo eléctrico Ley de Gauss Aplicaciones de la Ley de Gauss Cargas en conductores 719 Resumen/Términos clave 723 Preguntas/Ejercicios/Problemas 724 Capitulo 24. Potencial Eléctrico Introducción Energía Potencial eléctrica Potencial eléctrico Cálculo del potencial electrónico Superficies equipotenciales Gradiente de potencial El tubo de rayos catódicos Cálculo de potenciales debidos a conductores cargados: Estudio 754 de caso para análisis por computador Resumen/Términos clave 759 Preguntas/Ejercicios/Problemas 761 Capitulo 25. Capacitancia y Dieléctricos Introducción Capacitores y capacitancia Capacitores en serie y en paralelo Almacenamiento de energía en capacitares y energía de campo 779 eléctrico Dieléctricos 782 *25-6. Modelo molecular Ley de Gauss en dieléctricos 789 Resumen/Términos clave 694 Preguntas/Ejercicios/Problemas 695 Capitulo 26. Corriente, Resistencia y Fuerza Electromotriz Introducción Corriente Resistividad Resistencia Fuerza electromotriz y circuitos 815 *26-6. Energía y potencial en circuitos eléctricos 815 *26-7. Teoría de la conducción metálica 819 *26-8. Efectos fisiológicos de las corrientes 821 Resumen/Términos clave 823

7 Preguntas/Ejercicios/Problemas 824 Capitulo 27. Circuitos de Corriente Directa Introducción Resistores en serie y paralelo Reglas de Kirchhoff Instrumentos de medición eléctrica Circuitos resistencias- capacitancia Sistemas de distribución de potencia: Estudio de caso de análisis 850 de circuitos Resumen/Términos clave 823 Preguntas/Ejercicios/Problemas 824 Capitulo 28. Campo Magnético y Fuerzas Magnéticas Introducción Magnetismo Campo magnético Líneas de campo magnético y flujo magnético Movimiento de partículas cargadas en un campo magnético Aplicaciones del movimiento de partículas cargadas Fuerza magnética sobre un conductor por el que circula una 880 corriente Fuerza y momento de torsión sobre una espira de corriente 883 *28-9. El motor de corriente continua 888 * El efecto Hall 890 Resumen/Términos clave 892 Preguntas/Ejercicios/Problemas 893 Capitulo 29. Fuentes de Campo Magnético Introducción Campo magnético de una carga en movimiento Campo magnético de un elemento de corriente Campo magnético fe un conductor recto por el que circula una 908 corriente Fuerza entre conductores paralelos Campo magnético de una espira circular de corriente Ley de Ampere Aplicaciones de la Ley de Ampere Materiales magnéticos Corriente de desplazamiento 927 Resumen/Términos clave 930 Preguntas/Ejercicios/Problemas 932 Capitulo 30. Inducción Electromagnética Introducción Experimentos de inducción Ley de Faraday Ley de Lenz Fuerza electromotriz por movimiento Campos eléctricos inducidos 955 *30-7. Corrientes parásitas Ecuaciones de Maxwell 958 *30-9. Superconductividad: Estudio de caso sobre propiedades 960

8 magnéticas Resumen/Términos clave 963 Preguntas/Ejercicios/Problemas 964 Capitulo 31. Inductancia Introducción Inductancia mutua Autoinductancia e inductores Energía de campo magnético El circuito R L El circuito L C El circuito L R C en serie 987 Resumen/Términos clave 989 Preguntas/Ejercicios/Problemas 990 Capitulo 32. Corriente Alterna Introducción Fasores y corrientes alternas Resistencia y reactancia El circuito L R en serie Potencia en circuitos de corriente alterna Resonancia en circuitos de corriente alterna Transformadores 1014 Resumen/Términos clave 1017 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1019 Capitulo 33. Ondas Electromagnéticas Introducción Ecuaciones de Maxwell y ondas electromagnéticas Ondas electromagnéticas planas y la rapidez de la luz Ondas electromagnéticas senoidales Energía y cantidad de movimiento en ondas electromagnéticas 1035 *33-6. Ondas electromagnéticas en la materia Ondas electromagnéticas estacionarias El espectro electromagnético 1045 *33-9. Radiación de una antena 1046 Resumen/Términos clave 1048 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1050 Óptica Capitulo 34. La Luz: Su Naturaleza y su Propagación Introducción LA naturaleza de la luz Reflexión y refracción 1055 *34-4. Reflexión total interna Dispersión Polarización 1064 *34-7. Dispersión de la luz Principio de Huygens 1073 Resumen/Términos clave 1076 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1078 Capitulo 35. Óptica Geométrica 1085

9 35-1. Introducción Reflexión y refracción en una superficie plana Reflexión en una superficie esférica Métodos gráficos para espejos Refracción en una superficie esférica Lentes delgadas Métodos gráficos para lentes 1105 Resumen/Términos clave 1110 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1111 Capitulo 36. Instrumentos ópticos Introducción Cámaras y proyectores El ojo La lupa El microscopio Telescopios 1129 *36-7. Aberraciones en lentes 1131 Resumen/Términos clave 1133 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1134 Capitulo 37. Interferencia introducción Interferencia y fuentes coherentes Interferencia de luz de dos fuentes Intensidad en patrones de interferencia Interferencia e películas delgadas El interferómetro de Michelso0n 1154 *37-7. El fotón: Estudio de caso en física cuántica 1156 Resumen/Términos clave 1158 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1159 Capitulo 38. Difracción Introducción Difracciones de Fresnel y de Fraunhofer Difracción producida por una sola ranura Intensidad en la configuración de una sola ranura Ranuras múltiples La rejilla de difracción Difracción de rayos X Aberturas circulares y poder de resolución Holografía 1185 Resumen/Términos clave 1187 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1188 Física Moderna Capitulo 39. Relatividad Introducción Invariancia de las leyes físicas Relatividad de la simultaneidad Relatividad de los intervalos de tiempo Relatividad de la longitud 1202

10 39-6. Las transformaciones de Lorentz 1206 *39-7. Diagramas espacio tiempo 1210 *39-8. El efecto Doppler para ondas electromagnéticas Cantidad de movimiento relativista Trabajo y energía relativistas Mecánica newtoniana y relatividad 1219 Resumen/Términos clave 1221 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1223 Capitulo 4. Fotones, Electrones y Átomos Introducción Emisión y absorción de luz El efecto fotoeléctrico Espectros de líneas y niveles de energía atómicos El núcleo atómico El modelo de Bohr El láser Producción y dispersión de rayos X Espectros continuos Dualidad onda - partícula 1259 Resumen/Términos clave 1261 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1262 Capitulo 41. La Naturaleza Ondulatorio de las Partículas Introducción Ondas de de Broglie Difracción de los electrones Probabilidad e incertidumbre El microscopio electrónico Funciones de onda 1281 Resumen/Términos clave 1285 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1286 Capitulo 42. Mecánica Cuántica Introducción Partícula en una caja La ecuación de Schrodinger Pozos de potencial Barreras de potencial y efecto túnel El oscilador armónico Problemas tridimensionales 1308 Resumen/Términos clave 1309 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1309 Capitulo 43. Estructura Atómica Introducción El átomo de hidrógeno El efecto Zeeman El Espín del electrón Átomos de múltiples electrones y el principio de exclusión Espectros de rayos X 1335 Resumen/Términos clave 1338

11 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1339 Capitulo 44. Moléculas y Matera Condensada Introducción Tipos de enlaces moleculares Espectros moleculares Estructura de los sólidos Bandas de energía El modelo de electrones libres para metales Semiconductores Dispositivos semiconductores Superconductividad 1369 Resumen/Términos clave 1370 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1371 Capitulo 45. Física Nuclear Introducción Propiedades de los núcleos Enlace nuclear y estructura nuclear Estabilidad y radiactividad nuclear Actividades y vidas medias Efectos biológicos de la radiación Reacciones nucleares Fisión nuclear Fusión nuclear 1404 Resumen/Términos clave 1407 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1407 Capitulo 46. Física de Partículas y Cosmología Introducción Historia de las partículas fundamentales Aceleradores t detectores de partículas Partículas e interacciones Quarks y el camino óctuple El modelo estándar y más allá El universo en expansión El principio del tiempo 1441 Resumen/Términos clave 1449 Preguntas/Ejercicios/Problemas 1449 Apéndices 1453 A. El Sistema Internacional de Unidades 1453 B. Relaciones Matemáticas Útiles 1455 C. El Alfabeto Griego 1456 D. Tabla Periódica de los Elementos 1457 E. Factores de Conversión de Unidades 1458 F. Constantes Numéricas 1459 Respuestas a las Problemas Impares 1461 Índices de Materias 1469 Créditos de Imágenes 1481